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JVM垃圾回收算法

2021-05-05 21:23:15 佚名

前言

在JVM內存模型中會將堆內存劃分新生代、老年代兩個區域，兩塊區域的主要區別在於新生代存放存活時間較短的對象，老年代存放存活時間較久的對象，除了存活時間不同外，還有垃圾回收策略的不同，在JVM中中有以下回收算法：

標記清除
標記整理
複製算法
分代收集算法

有了垃圾回收算法，那JVM是如果確定對象是垃圾對象的呢？判斷對象是否存活JVM也會有幾套自己判斷算法了：

引用記數
可達性分析

有了垃圾回收和判斷對象存在這兩個概念後，再來逐步分析它們。

JVM是如何判斷對象是否存活的？

要是讓開發人員來判斷一個對象是否有用是很簡單的，簡單的說就是：對象沒有任何引用就認為該對象可以被回收了。假設有如下程序代碼：

public class App {
 public static void main(){
 checkFile("/");
 }
 public static boolean checkFile(String path ){
 File file = new File(path);
 return file.exists();
 }
}

程序執行起來在調用checkFile的時候JVM圖大概像這樣：

到checkFile方法執行完成之後，它裡面的局部變量file就會隨著棧幀一起被清理，這個時候還存活在JVM堆中的File對象也是無用的了：

要是人為來判斷非常清晰的就發現File對象已經無用了，那換成JVM它又是如何來判斷對象是否能存活的呢？

引用記數

引用記數算法原理比較簡單，想象下有個對象它有一個count屬性，每次引用該對象都會使count加1，假設JVM在判斷該對象是否存活的時候去檢查這個count屬性，發現這個屬性不為0說明還有其他對象在引用該對象。

等到checkFile方法執行完之後count就會減1變成0：

這樣一來JVM就很容易判斷一個對象是否存活了。

但是引用記數有一個明顯的缺點，就是無法解決循環引用的問題比如：A --> B --> A 這樣的對象關係它是沒有辦法來判斷對象是否該不該回收的。

GC Root（可達性分析）

為什麼會被稱為可達性分析算法呢？可以這樣理解如果通過GC Root能到達一個對象那麼這個對象就是存活的。那什麼樣的對象才是GC Root呢？

在Java語言中，可作為GC Roots的對象包括下面幾種：

虛擬機棧中引用的對象（棧幀中的本地變量表）；
方法區中類靜態屬性引用的對象；
方法區中常量引用的對象；
本地方法棧中JNI（Native方法）引用的對象。

還是用上面的例子，在checkFile方法執行時，因為棧幀變量file可做為GC Root所以在執行期間JVM是絕對不會回收掉這個File對象：

但是等到checkFile執行完成之後，這個棧幀會被彈出，其中的變量也會被釋放，相應的沒有GC Root能到達堆中的File對象，這個時候就可以判斷這個對象是一個無用的對象了，然後安全回收。

垃圾收回算法

標記清除

這種算法分兩分：標記、清除兩個階段，

標記階段是從根集合（GC Root)開始掃描，每到達一個對象就會標記該對象為存活狀態，清除階段在掃描完成之後將沒有標記的對象給清除掉。

用一張圖說明：

這個算法有個缺陷就是會產生內存碎片，如上圖B被清除掉後會留下一塊內存區域，如果後面需要分配大的對象就會導致沒有連續的內存可供使用。

標記整理

標記整理就沒有內存碎片的問題了，也是從根集合（GC Root)開始掃描進行標記然後清除無用的對象，清除完成後它會整理內存。

這樣內存就是連續的了，但是產生的另外一個問題是：每次都得移動對象，因此成本很高。

複製算法

複製算法會將JVM推分成二等分，如果堆設置的是1g，那使用複製算法的時候堆就會有被劃分為兩塊區域各512m。給對象分配內存的時候總是使用其中的一塊來分配，分配滿了以後，GC就會進行標記，然後將存活的對象移動到另外一塊空白的區域，然後清除掉所有沒有存活的對象，這樣重複的處理，始終就會有一塊空白的區域沒有被合理的利用到。